Совершенствование рабочего процесса самоходного погрузочно-транспортного оборудования при добыче медно-никелевых руд тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Попович, Алексей Евгеньевич

• Попович, Алексей Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Попович, Алексей Евгеньевич

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ

1. 1. Анализ влияния условий эксплуатации на энергетические показатели и надежность самоходного горно-транспортного оборудования с приводом от дизеля

1. 2. Степень решения изучаемой проблемы

1. 3. Цель, задачи и общая методика исследований

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПДМ С ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

2. 1. Структурирование рабочего цикла ПДМ

2. 2. Исследование силовой составляющей нагрузочного режима привода по элементам технологического цикла

2. 2. 1. Черпание

2. 2. 2. Разгрузка ковша

ВЫВОДЫ

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПДМ

3.1. Нагрузочный режим ПДМ в пределах технологического цикла

3.2. Реализация на ЭВМ метода оптимизации угловой скорости дизеля

3.3. Анализ результатов моделирования и оценка адекватности модели реальной ПДМ

3. 4. Адаптация математической модели к ПДМ с учетом их конструктивных различий

ВЫВОДЫ

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПТИМИЗАЦИИ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ПДМ

4. 1. Рекомендации по использованию результатов исследований при эксплуатации ПДМ

4. 2. Возможности применения и перспективы развития пакета программ ОРТ ЕЫЕЯ на стадии проектирования транспортных схем

4. 3. Оценка уровня повышения экологической безопасности от использования результатов исследования

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование рабочего процесса самоходного погрузочно-транспортного оборудования при добыче медно-никелевых руд»

ВВЕДЕНИЕ

Одним из главных направлений научно-технического прогресса при подземной разработке месторождений в последние 20 лет являлось внедрение самоходного оборудования, которое должно было обеспечить резкий рост производительности и улучшение условий труда, а также повышение экономической эффективности и культуры производства. В России оно наиболее широко применяется на рудниках цветной металлургии, и объемы добычи руды с его использованием достигли 57,4% [73]. Всего в цветной металлургии России насчитывается 66 рудников, ведущих подземную разработку месторождений. Удельный вес подземного способа разработки по добыче руды составляет 46,4%.

Эксплуатация транспортного самоходного оборудования осложняется двумя серьезными факторами - высокой себестоимостью перевозок, погрузоч-но-доставочных работ (затраты на энергоносители составляют 15-20% в общей себестоимости) и отрицательным воздействием на экологическую обстановку в подземных выработках. Новые конструкторские решения, направленные на создание высокоэкономичных дизелей, долгосрочны в своей реализации, поэтому быстрое расширение области применения самоходного горно-транспортного оборудования на подземных рудниках цветной металлургии и значительная доля издержек на погрузочно-доставочные работы в себестоимости добычи полезных ископаемых обусловили необходимость исследования направлений повышения эффективности серийно выпускаемого оборудования. В условиях сложившейся экономической ситуации в стране производство определяет основные приоритеты научных исследований в этом направлении. Одним из них является ^повышение эффективности эксплуатации самоходного горнотранспортного оборудования с учетом затрат энергии на погрузочно-доставочные работы.

Несмотря на ряд проведенных ранее исследований в данном направле-

нии, многие вопросы требуют дальнейшего углубленного изучения. В частности, недостаточно изучено влияние эксплуатационных факторов на характер суммарных сопротивлений, преодолеваемых приводом ПДМ, не определены зависимости изменения силовой составляющей нагрузочного режима дизеля в течение технологического цикла и ее влияние на энергоемкость процесса.

Решение данных задач позволит: оптимизировать рабочий процесс транспортного самоходного оборудования по энергетическим и экологическим показателям; прогнозировать изменение расхода топлива в зависимости от изменяющихся условий эксплуатации, создавать машины для конкретных горнотехнических условий. Все это может быть решено только на базе комплексных экспериментально-теоретических исследований с применением специальной аппаратуры и средств вычислительной техники.

При высоких затратах на приобретение, доставку, ремонт и эксплуатацию транспортного самоходного оборудования проблема повышения его эколо-гичности и снижения энергоемкости является актуальной и экономически значимой.

1. АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ

1. 1. Анализ влияния условий эксплуатации на энергетические показатели и надежность самоходного горно-транспортного оборудования

с приводом от дизеля

Работы по внедрению самоходного оборудования на подземных рудниках взамен малопроизводительных и трудоемких переносных машин (ручные и колонковые перфораторы, разборные или передвигаемые на "салазках" буровые станки, скреперные лебедки и т. п.)начаты в мировой практике в 50-е годы.

В бывшем СССР самоходное оборудование впервые применили в конце 1956 г. на рудниках цветной металлургии Казахстана (Джезказганский и Ачи-сайский комбинаты) [ 85 ].

В настоящее время в цветной металлургии России насчитывается 66 рудников, ведущих подземную разработку месторождений. Удельный вес подземного способа разработки по добыче руды составляет 46,4% и имеет тенденцию увеличиваться. Объемы добычи руды с применением самоходного оборудования достигли 57,4%.

Общий парк самоходного оборудования на пневмоколесном и гусеничном ходу на рудниках цветной металлургии составляет 1202 ед., в том числе: 964 ед. (80,2%) - основного назначения и 238 ед. (19,8%) - вспомогательного назначения [56 ]. Примерно 70% парка самоходного оборудования составляют импортные машины и только оставшиеся 30% отечественного производства.

Одним из основных видов самоходного оборудования являются подземные автосамосвалы и погрузочно-доставочные машины (ПДМ). Они составляют 41,4% от общего парка самоходного оборудования в России. Как правило, эти группы машин оснащают дизельным приводом и пневмоколесным ходом, тем самым обеспечивая им большую маневренность, автономность энергопитания и высокие скорости движения (дизельными машинами доставляют 97% горной

массы) [33].

На большинстве крупных подземных рудниках России, использующих самоходное горно-транспортное оборудование, в настоящее время основными технологическими единицами являются: подземные автосамосвалы Могилев-ского автозавода грузоподъемностью 20 т, подземные автосамосвалы фирм KIRUNA TRUCK грузоподъемностью 45 т и ARA грузоподъемностью 27-40 т [ 2 ]; ПДМ Донецкого машиностроительного завода грузоподъемностью 8, 12 т,

•з

фирм WAGNER с вместимостью ковша 3,8 и 5,6 м , а также ARA грузоподъемностью 3,5-14 т.

Себестоимость перевозок самоходными горно-транспортными машинами составляет 35 - 70% от общерудничной и зависит от целого ряда факторов, в первую очередь связанных с условиями эксплуатации.

Доля отдельных статей затрат в эксплуатационных расходах на самоходный транспорт в среднем по рудникам цветной металлургии России представлена в табл. 1. 1. [ 33 ].

Таблица 1.1.

Доля отдельных статей затрат в эксплуатационных расходах, %

Статьи затрат

Заработная плата Горючесмазочные материалы Техническое обслуживание Амортизационные отчисления Шины Прочие расх.

10-12 10-15 30-35 25 * 15-35 5-8

* у ПДМ до 35%

Затраты на заработную плату, составляющие 10 - 12%, определяются стоимостью трудовых ресурсов в данном регионе и являются величинами, мало зависящими от собственно горнодобывающих предприятий.

Амортизационные отчисления определяются сроком службы машины и её закупочной ценой. Кроме того, они могут корректироваться в зависимости от эффективности использования оборудования (ускоренные нормы амортизации).

Затраты на шины зависят от ресурса шин, который определяется технологией их изготовления и конкретными условиями эксплуатации.

Ремонтные издержки зависят от показателей безотказности и ремонтопригодности как каждого узла в отдельности, так и машины в целом, а также от уровня технического обслуживания и ремонта.

Затраты на горюче-смозочные материалы составляют хотя и не большую долю в общей калькуляции, но являются очень важным показателем совершенства горно-транспортного самоходного оборудования. Работа самоходного оборудования в условиях, ограниченных по проветриванию, требует максимальной отдачи от каждой машины с дизельным приводом при минимальном расходе топлива, и следовательно, при наиболее выгодном экологическом режиме. Как известно, объем отработавших газов (ОГ) дизелей, при прочих равных условиях, пропорционален количеству израсходованного топлива [54], поэтому, решая задачу минимизации расхода топлива мы, снижаем вредное воздействие ОГ на человека и окружающую среду. Топливная экономичность самоходного оборудования с дизельным приводом зависит от нагрузочного режима, который, в свою очередь, определяется скоростной и силовой составляющими.

Снизить транспортные расходы можно повышением долговечности и безотказности машин, а также за счет выбора их оптимальных параметров для заданных условий эксплуатации или (обратная задача) создания максимально возможных благоприятных условий (с точки зрения экономической целесообразности) под оптимальные параметры машины по одному или нескольким критериям.

Одним из наиболее важных показателей надежности горной техники, определяющим как её качество, так и эффективность использования, являются ресурсные показатели [49] (табл. 1. 2.).

Таблица 1. 2.

Ресурсные показатели отдельных узлов и деталей погрузочно-транспортных машин

Вид оборудования Двигатель, тыс. ч Ковш, тыс. т Шины, ч Машины в целом, тыс. ч

передние задние

Подземные автосамосвалы 14-5-20 до 1200 ДО 800 до 20

Погрузочно- 7-5-10 ЗОн-80 300 ДО до 10

доставочные - 400

машины 400

Из (табл. 1. 2) видно, что ресурс машины в целом лимитируется ресурсом приводного двигателя, в данном случае дизельного. В свою очередь, на долговечность работы двигателя внутреннего сгорания главным образом влияет нагрузочный режим (при условии, что выполняются все требования, предписанные заводом изготовителем). Значение силовой составляющей нарузочного режима в большей мере обусловлено конкретными условиями эксплуатации. В абсолютизированном виде эти условия можно представить как:

- сопротивление движению, связанное с преодолением сопротивления качению колес;

- сопротивление, вызванное трением в силовой передаче;

- сопротивление от составляющей силы тяжести на уклоне;

- сопротивление, вызванное инерционностью вращающихся масс;

- сопротивление воздуха при движении, а также специфичные для ПДМ сопротивления, возникающие в процессе черпания и разгрузки. В процессе эксплуатации ПДМ оператор не может повлиять на величину статических сопротивлений, которые составляют 80-90% от суммарных [66], так как она зависит от конструктивных параметров машины и конкретных условий эксплуатации. Поэтому, как правило, выбор оптимального нагрузочного режима по какому либо критерию осуществляется путем выбора скоростного режима, значения которого можно изменять и контролировать в ходе технологического цикла. Таким образом, задача оптимизации рабочего процесса по любому из критериев,

функционально зависящих от нагрузочного режима, сводится к определению силовой составляющей, в первую очередь, статической её части и выбору оптимальной скорости движения машины (угловой скорости вала дизеля).

В процессе движения транспортного средства по определенной дороге детали и узлы его трансмиссии передают энергию от двигателя к ведущим колесам. Трансмиссия является промежуточным звеном между двигателем и движителем и поэтому, воспринимая нагрузки от одного, передает их на вал другого, изменяя и преобразуя их при этом с учетом своей специфики. Следовательно, для того, чтобы знать момент сопротивления, передаваемый на вал двигателя, необходимо определить величину и характер его изменения в связующем звене. Для трансмиссий горно-транспортных машин имеется нечто общее, что позволяет говорить о двух режимах: переходных процессов (1Ш) и условно-установившейся работы (УУР) [51]. Для первого режима характерны периоды работы с высокими ускорениями, с резким изменением силовых и скоростных характеристик трансмиссии, что сопровождается, как правило, повышенными динамическими нагрузками. Режим УУР характеризуется небольшими ускорениями и плавным изменением силовых и скоростных характеристик, малыми динамическими нагрузками. Аналитическое описание нагрузки на заданном звене трансмиссии как сложной случайной функции практически невозможно. Тем не менее в настоящее время на основе обширного экспериментального материала по оценке нагрузочных режимов трансмиссий транспортных средств различного назначения принято представлять общий нагрузочный режим как суперпозицию трех процессов: квазистатического, динамического циклического и динамического импульсивного [97]. Первый процесс является низкочастотным ( до 1 -г 2 Гц ), он не возбуждает колебаний в упруго-инерционной системе трансмиссии транспортного средства, обусловлен внешними сопротивлениями движению и техническими параметрами машины. Второй и третий процессы по своему характеру являются высокочастотными ( более 1 ч- 2 Гц ), они определяют амплитудные (динамические) колебания напряжений. При этом дина-

мический циклический процесс обусловлен особенностями работы двигателя внутреннего сгорания, воздействием микропрофиля дороги, карданной передачей, технологическими погрешностями изготовления деталей и узлов, автоколебательными и резонансными явлениями и др. Динамический импульсный процесс нагружения определяется колебательными процессами в трансмиссии на переходных режимах (трогание, переключение передач, пробуксовка ведущих колес, переезд единичных неровностей, торможение, процесс внедрения ковша в развал) [88].

Большое значение на формирование нагрузочного режима дизеля оказывает вид трансмиссии. На большинстве современных горно-транспортных самоходных машин используется гидромеханическая трансмиссия с автоматической или ручной блокировкой. Процесс движения автомобиля начинается с трогания и разгона с переключением передач. Это процесс переходного типа, характеризующийся быстрым переходом трансмиссии из одного состояния в другое. Поэтому для адекватной оценки нагрузочных режимов как трансмиссии, так и двигателя, необходимо знать структуру производственного цикла, удельный вес составляющих и их связи между собой на каждом маршруте движения. Факторы, определяющие нагрузочный режим при работе подземных автосамосвалов и ПДМ, представлены на рис. 1.1.

Рис. 1. 1. Факторы, определяющие нагрузочный режим Как говорилось выше, нагрузочный режим определяет эффективную

мощность на валу двигателя, которая обратно пропорциональна удельному эффективному расходу топлива; следовательно, факторы определяющие нагру-

зочный режим также определяют и энергозатраты.

Конструктивный фактор определяется совершенством узлов и агрегатов, которые преобразуют тепловую энергию сгораемого топлива в механическую, обеспечивающую выполнение поставленной задачи. При системном подходе узлы и агрегаты разделяют по своим функциям (рис. 1. 2), и определяется их доля в расходе энергии (табл. 1.3).

Гидромеханическая трансмиссия

Рис. 1. 2. Схема потерь энергии в узлах самоходных горно-транспортных машин

Таблица 1. 3.

Коэффициенты полезного действия (КПД) некоторых узлов и систем самоход__ног о горно-транспортного оборудования_

—^Оборудование Узлы ПД-8 ПД-12 СТ-8 А Т(ЖО 400Б8 МоАЗ 74051 К 501

Двигатель ЯМЗ-23 8К Д6Н-250 нет данных БЕитг БЮЬ 413Ш ямз 238КМ2 БЕитг ВР12Ь413

Мощность, кВт 140 185 165,4 204 140 257

КПД (эффективный) 0,38 0,40 0,40 0,40 0,38 0,41

Карданная передача КПД 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95

Колесная передача КПД 0,90 0,90 0,92 0,92 0,90 0,93

За основную энергетическую характеристику принято принимать коэффициент полезного действия (КПД) как величину, непосредственно определяющую количество непроизводительной энергии.

К сожалению, данные, представленные в табл. 1.3, получены не от фирм изготовителей, а из различных литературных источников, в которых их значения колеблются в пределах 10% для одних и тех же узлов и агрегатов, поэтому достоверность этих значений вызывает, по крайней мере, сомнение. Кроме того, значение КПД трансмиссии в целом не является величиной постоянной, так как потери в полюсах зацепления, связанные с периодическим скольжением зубьев друг относительно друга, потери в опорах валов, потери на взбалтывание масла в картере редукторов, гидравлические потери в гидротрансформаторе и потери в фрикционных управляющих элементах (тормозах или муфтах) зависят от скоростей вращения зубчатых колес и от передаваемого момента, поэтому для каждого нагрузочного режима значение КПД будет свое [71]. Для некоторых автомобилей общего назначения построены зависимости величины потерь в трансмиссии от скорости движения, которые были получены экспериментально с использованием нагрузочных стендов [8]. Подобные работы для трансмиссий самоходного горно-транспортного оборудования не освещаются в литературе, хотя режим работы является резкопеременным, нагрузка в течении короткого времени изменяется от нуля до значений, определяемых условиями сцепления движителя с грунтом, при перегрузках наблюдается полная остановка машины, в режиме черпания работа носит реверсивный характер и поэтому не учитывать этот фактор с должной точностью было бы неправильно, так как в этом случае остается неучтенной энергия, рассеиваемая в узлах трансмиссии, которая определяет ресурсные показатели работы машины [49].

Горнотехнический фактор формирует условия эксплуатации в каждом конкретном случае. Он характеризуется видом системы разработки, физико-механическими свойствами добываемой и перевозимой горной массы и т. д. Под его воздействием формируется структура, продолжительность рабочего

цикла, состоящего из стандартных операций, специфичных для каждого вида оборудования (рис. 1. 3), а также нагрузочный режим.

Рис. 1. 3. Структура рабочего цикла ПДМ и горно-технические факторы, определяющие его продолжительность

Дорожные условия характеризуются ровностью поверхности, радиусом кривых, продольным и поперечным уклонами, а также физико-механическими свойствами покрытия.

Продольный уклон - величина, в первую очередь определяющая сопро-

тивление движению, и ее влияние на нагрузку и расход энергии определяются по известным методикам [94].

Исследование влияния ровности дорожной поверхности на нагрузочные и энергетические показатели провести особенно затруднительно, поскольку непосредственные экспериментальные замеры сделать не представляется возможным (из-за отсутствия оборудования). Поэтому используется метод косвенного учета, заключающийся в следующем:

- при движении по неровным дорогам резко возрастают диссипативные потери в шинах [105];

- не полностью реализуются тяговые качества транспортного средства, а также создается дополнительная неравномерность движения [39], что приводит к дополнительным потерям энергии;

- повышается интенсивность колебательных процессов, но связь между колебаниями, нагрузочными и энергетическими показателями не установлена.

Влияние уровня технического обслуживания и ремонта на нагрузочные и энергетические показатели весьма неоднозначно. Этот фактор оказывает воздействие как на коэффициент технического использования оборудования в целом, так и на рабочие показатели отдельной машины.

В данной работе отдается приоритет рассмотрению влияния трех факторов на нагрузочный режим и энергозатраты: конструктивного, горнотехнического и дорожного. Такие факторы, как уровень технического обслуживания и ремонта, квалификация водителей и ремонтного персонала аналитическому описанию и прогнозированию не поддаются, нет экспериментальных зависимостей, учитывающих их.

В качестве исследуемых эксплуатационных факторов принимаем массу перевозимого груза, скорость движения, физико-механические свойства перевозимой горной породы, вид трансмиссии и дорожные условия. К дорожным условиям, определяющим динамическую нагруженность транспортного средства, относятся микропрофиль (ровность), радиусы кривых, продольный и попереч-

ный уклоны [19]. Влияние геометрии макропрофиля на колебания машины необходимо учитывать лишь в случае высоких скоростей движения, которые в практике эксплуатации горных машин не встречаются. Поэтому при рассмотрении динамики учитывается только микропрофиль шахтной дороги [7]. Под микропрофилем понимается отклонение профиля поверхности дороги от базовой линии; макропрофиль - длинные плавные неровности с длиной волны 10 100 м.

Таким образом, целью настоящего исследования является разработка метода оптимизации режимных параметров дизельного привода погрузочно-доставочной машины (ПДМ) по энергетическому критерию, учитывающему эксплуатационные и конструктивные факторы и позволящему минимизировать расход топлива ПДМ и прогнозировать его изменение в зависимости от условий эксплуатации.

1. 2. Степень решения изучаемой проблемы

В последние годы опубликовано достаточное количество работ, в которых отражены вопросы применения и эксплуатации шахтных пневмоколесных ма-шин[12, 46], дано описание их конструкций [47, 72, 93, 99], рассмотрены технологические схемы ремонта [96] и изложены методы расчетов [76, 100]. Однако систематизированные в [100] методы расчета носят общеинженерный характер и посвящены в основном тяговым и прочностным расчетам самоходных вагонов.

Учеными О. П. Ивановым, Я. Б. Кальницким, А. Д. Костыревым, П. А. Михиревых, С. С. Музгиным, Г. В. Родионовым, А. А. Соловьевым, В. Н. Стро-гоновым, Н. В. Тихоновым и др. проведены обширные исследования процессов черпания ковшовых ПДМ. Установлено, что аналитически описать процесс силового взаимодействия ковша погрузочной машины со штабелем горной массы в настоящее время не представляется возможным. Предложены эмпирические

зависимости определения усилий внедрения исполнительного органа погрузочной машины в штабель горной массы [66].

Наибольший интерес представляют исследования, выполненные Г. В. Родионовым, Я. Б. Кальницким , С.С. Музгиным и А. И. Липовым. Значительные расхождения в результатах исследования у этих авторов свидетельствуют о различном подходе последних к оценке процесса силового взаимодействия погрузочного органа с разрыхленной горной массой.

В монографии [66] изложены научные основы создания и методы повышения эффективности работы подземных самоходных погрузочных и погру-зочно-транспортных машин. Рассмотрен механизм взаимодействия рабочих органов машин цикличного и непрерывного действия с развалом крупнокусковой горной массы в очистных камерах при выпуске и, следовательно, влияние горно-технических факторов на интенсивность работы средств погрузки. В этой работе проведен анализ существующих методик определения усилий на исполнительном органе ковшовых ПДМ, который в очередной раз показал, что описать аналитически процесс черпания горной массы ковшовыми исполнительными органами в настоящее время не представляется возможным. Существующие теории могут характеризоваться как эмпирические. Отсюда можно сделать вывод , что эти теории не могут учесть все многообразие условий эксплуатации и для адекватной оценки усилий на ковше в конкретных условиях эксплуатации необходимо учитывать влияние специфики этих условий, что требует дополнительных исследований с целью уточнения эмпирических коэффициентов, входящих в состав формул.

В подобном направлении выполнена работа Липового А. И. [56], в основу которой положены те же существующие эмпирические теории. В своей работе Липовой А. И. на основе экспериментальных исследований обосновывает и вводит дополнительные коэффициенты, характеризующие влияние таких горно-технических факторов, как стесненность пункта погрузки; параметры навала;

состояние почвы и т.д., которые не учитывались в работах предыдущих авторов.

Вопросы определения производительности погрузочных машин теоретически трудностей не представляют и решены на достаточно высоком уровне [37, 45, 78, 87, 93]. Однако для расчета производительности (технической, эксплуатационной ) необходимо знать в конкретных случаях значение объема горной массы, захваченной исполнительным органом машины, продолжительность рабочего цикла. Эти данные могут быть получены в основном эмпирическим путем.

Во всех перечисленных выше работах большое внимание уделяется исследованию усилий, возникающих в процессе копания на исполнительном органе ПДМ, но при этом не рассматривается величина потерь в кинематической схеме как трансмиссии, так и навесного оборудования. Не установлена взаимосвязь между полезным усилием на исполнительном органе и рассеиваемой энергией, крутящим моментом на валу двигателя, способным создать это усилие, расходом топлива, соответствующим этому усилию. Процесс копания составляет примерно20% от рабочего цикла ПДМ, остальное время работы машины можно характеризовать как доставку и маневры. На этих этапах режим работы близок к режиму работы автосамосвала, если не учитывать некоторые особенности в конструкции ПДМ, у которых ковш вынесен на шарнирно-рычажных элементах за пределы рамы машины и в связи с этим распределение нагрузки на ведущие колеса будет иным, нежели при расчете для автосамосвала.

Большая работа по исследованию динамических воздействий на узлы и конструкции проведена для автомобилей общего назначения [9, 10, 38, 50, 70, 74, 80, 101]. В этих исследованиях рассмотрено воздействие дорожных неровностей на работу демпфирующих систем (амортизаторы, рессоры) и на интенсивность колебаний автомобиля [9, 10, 80]. Однако в большинстве работ не приводятся данные о взаимосвязях численных характеристик колебательных

процессов с повреждающим воздействием на конструкции транспортного средства и с нагрузочными режимами ходовой части.

Предложен ряд методик для получения описательной характеристики микропрофиля, позволяющих использовать микропрофиль для теоретического анализа процесса движения транспортного средства [70, 80, 101]. Эти методики достаточно сложны и для оперативной оценки дорожных неровностей не совсем удобны, а в некоторых случаях совсем не применимы для условий подземных рудников, так как микропрофиль шахтных дорог может изменяться в течение сравнительно небольшого промежутка времени [16], ив условиях ограниченной видимости (освещенности) способы, базирующиеся на визуальных замерах, могут давать большую погрешность. Специальные устройства (толч-комеры), оценивающие дорожные неровности, позволяют получать аналоговые характеристики микропрофиля [13, 16]. Сложность их использования состоит в том, что предлагаемые толчкомеры различны по своей конструкции, изготавливаются поштучно, поэтому для каждого необходимо устанавливать его характеристику и увязывать ее либо с динамикой автомобиля, либо с аналитическим описанием микропрофиля.

Классификация дорожных условий по критерию нагруженности отдельных узлов автомобиля приведена в работах [38, 70, 101], где за критерий брались укрупненные показатели долговечности отдельных узлов определенных моделей автомобилей общего пользования, что не совсем применимо для самоходного горно-транспортного оборудования из-за принципиальных различий в конструкции и условиях эксплуатации.

Исследования тягово-динамических качеств автомобилей и влияния на них основных внешних параметров двигателя проведены Н. Е. Основенко и Л. X. Гилелесом [69, 30]. В этих работах основное внимание уделено анализу дифференцированных мощностных и тяговых балансов автомобиля при различных режимах движения. Выявлены наиболее существенные факторы, влияющие на мощность двигателя, проведены экспериментальные исследова-

ния динамики и топливной экономичности автомобилей в различных условиях эксплуатации. Однако авторы ограничились определением номинальных скоростей движения автомобиля по средневзвешенному значению удельной суммарной силы сопротивления движению и номинальной эффективной мощности двигателя.

Большой комплекс исследований по вопросу выбора оптимальной мощности двигателя и параметров трансмиссии грузовых автомобилей в зависимости от условий эксплуатации провел М. И. Лурье [58, 59, 60]. Автором исследован ряд основных параметров автомобиля и их взаимное влияние друг на друга, предложен метод выбора мощности двигателя и параметров трансмиссии, основанный на технико-экономическом анализе основных факторов, влияющих на мощностные параметры, с использованием ЭВМ. С нашей точки зрения, такой подход является наиболее приемлемым для решения проблемы, но результаты приведенных исследований нельзя полностью применить к самоходному погру-зочно-транспортному оборудованию из-за существенной разницы в условиях эксплуатации и конструктивном исполнении.

Исследованиям закономерностей расхода энергии автосамосвалами посвящены работы Ю. И. Анистратова, М. В. Васильева, В. А. Галкина, А. А. Кулешова, М. Г. Потапова, В. П. Смирнова, И. А. Тангаева, В. Л. Яковлева, В. И. Белозерова, Э. Б. Горшкова, B.C. Торова, П. И. Тарасова и других.

В работах [26, 31, 53, 55, 90, 91, 104] выполнен анализ факторов, оказывающих влияние на расход топлива автомобилями при транспортировании горной массы. Установлено, что основными факторами, определяющими расход топлива, являются длина транспортирования, высота подъема горной массы, КПД трансмиссии, режимы движения автомобиля, масса перевозимого груза, собственная масса автомобиля и качество дорожного покрытия.

В работах [53, 55]на основании экспериментальных данных установлено, что распределение расхода топлива по маршрутам подчиняется гипергеометрическому закону (кроме движения с грузом на подъем) и зависит от скорости

движения автомобиля. При движении с грузом на подъем в данных исследованиях расход топлива имеет линейную зависимость от уклона.

Для определения расхода топлива использовались выборки статистических данных часового расхода топлива и скорости движения автомобилей. На стадии корреляционного и регрессионного анализов экспериментальных данных вычислялись коэффициенты парной корреляции между основными, по мнению автора, результирующими параметрами режимов движения - скоростью и часовым расходом топлива. Дополнительно были учтены загрузка автосамосвала, фактическая средняя ширина автодороги, ширина дороги по СНиП, температура наружного воздуха, видимость, скорость ветра, жесткость климата. В результате получены уравнения регрессии для определения скорости и часового расхода энергии.

Анализ уравнений показал, что вследствие учета значительного количества факторов, они имеют специфический характер и могут быть применены только в тех условиях, для которых определялась статистическая выборка данных. Применительно к подземным автосамосвалам может быть применена сама идея составления уравнений, но не могут использоваться уравнения, полученные автором из-за существенных различий в условиях эксплуатации.

Для прогнозирования расхода топлива на будущий период при изменившихся условиях эксплуатации автор предлагает воспользоваться методом, в основе которого положено определение удельного расхода топлива для перемещения груженого автомобиля по горизонтали и подъема по вертикали. При расчете удельного расхода используется показатель - КПД трансмиссии. Общий расход определяется с учетом коэффициента сопротивления качению. Вместе с тем коэффициент сопротивления качению и КПД трансмиссии имеют переменные значения [20, 89]. Поэтому полученный по данной методике расход топлива может использоваться как ориентир.

Исследованию параметров и технологических режимов работы карьерных автосамосвалов грузоподъемностью 27 н- 180 т посвящены работы [15, 21, 22,

23, 42, 43]. В результате экспериментальных исследований установлены фактические величины, закономерности их изменения и взаимосвязи сопротивления качению, скорости, мощности, производительности, расхода топлива и других показателей работы автосамосвалов с горнотехническими факторами и параметрами технологических транспортных схем. Подобные исследования для самоходной горно-транспортной техники или не проводились, или не освещены в публикациях.

В работах [2, 17, 35, 71, 75] исследуется КПД отдельных агрегатов карьерных автосамосвалов с электромеханической трансмиссией. Для определения КПД трансмиссии в [71] применен экспериментально-расчетный метод, основанный на сравнении текущих значений потерь мощности и в номинальном режиме работы узлов трансмиссии. Установлена связь между КПД и коэффициентами потерь мощности в тяговом двигателе, генераторе и приводе. Расчет КПД трансмиссии осуществляется с использованием математической модели. Определены зависимости КПД генератора и тягового двигателя от продольного уклона и весовой загрузки автосамосвала. Полученные зависимости использовались для определения оптимальных значений мощности первичного двигателя по критерию минимума удельных приведенных затрат на транспортирование 1 т горной массы в условиях Севера. В данной работе не исследовалось изменение КПД двигателя, механических частей трансмиссии и автомобиля в целом. Кроме того, полученные результаты исследования не могут использоваться для самоходной горно-транспортной техники, так как более 90% машин, эксплуатируемых на рудниках России и стран СНГ, имеют механическую или гидромеханическую трансмиссию.

Подытоживая анализ изученности проблемы, можно сделать следующие выводы:

1. В настоящее время не определены обоснованные зависимости между эксплуатационными условиями и силовыми, энергетическими показателями дизельного привода горно-транспортного самоходного оборудования.

2. Имеющиеся наработки в области прогнозирования силового нагруже-ния, изменения расхода топлива для карьерных автосамосвалов и автомобилей общего назначения, моделирования динамических процессов при движении автосамосвала по карьерным дорогам позволяют решить эту задачу применительно к самоходному горно-транспортному оборудованию при условии проведения дополнительных исследований.

1. 3. Цель, задачи и общая методика исследований

Целью работы является разработка метода оптимизации режимных параметров дизельного привода погрузочно-доставочной машины (ПДМ) по энергетическому критерию, учитывающему эксплуатационные и конструктивные факторы и позволящему минимизировать расход топлива ПДМ и прогнозировать его изменение в зависимости от условий эксплуатации.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Исследованием структуры рабочего цикла ПДМ с детализацией по элементарным операциям.

2. Определением доли динамической составляющей в нагрузочном режи- л ме привода за технологический цикл.

3. Исследованием влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на силовую составляющую нагрузочного режима по элементам технологического цикла ПДМ:

а) разработкой теоретической модели процесса черпания, движения, разгрузки для ПДМ, позволяющей вводить в качестве исходных данных физико-механические свойства добываемой горной породы, массу перевозимого груза, дорожные условия, т.е. факторы, определяющие силовую составляющую нагрузочного режима привода в процессе эксплуатации;

б) проведением наблюдений за работой самоходного оборудования на медно-никелевых рудниках, в результате чего получить необходимую информа-

ционную базу, описывающую нагруженность дизельного привода ПДМ в различных условиях эксплуатации.

4. Разработкой интегральной математической модели рабочего процесса

ПДМ.

5. Разработкой и реализацией в виде алгоритма расчета метода оптимизации угловой скорости дизеля с использованием энергетического критерия.

Для решения поставленных задач использованы следующие научно-исследовательские методы:

- методы классической механики (теория колебаний);

- теория планирования экспериментов

- анализ и обобщение экспериментальных данных;

- анализ и обобщение статистических данных;

- теория гидравлики и гидропривода;

- математическое моделирование рабочего цикла ПДМ на ЭВМ.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПДМ С ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

2.1. Структурирование рабочего цикла ПДМ

Как известно, энергетические показатели работы дизельного привода пропорциональны эффективной мощности на валу дизеля, которая в свою очередь зависит от нагрузочного режима работы привода. Нагрузочный режим любого привода характеризуется двумя составляющими - скоростной и силовой. Скоростная составляющая определяется угловой скоростью вращения вала дизеля, а силовая - крутящим моментом, развиваемым на валу при данной угловой скорости. Таким образом, задача оптимизации рабочего процесса погрузочно-доставочной машины (ПДМ) по критерию энергопотребления сводится к определению силовой составляющей нагрузочного режима и выбору оптимальной угловой скорости вала дизеля из диапазона возможных рабочих скоростей.

Теоретически описать одной зависимостью закон изменения нагрузки невозможно, так как на протяжении цикла изменяются факторы, определяющие её, поэтому для построения нагрузочной кривой целесообразно использовать кусочно-интегральный детерминированный подход. Для этого весь рабочий цикл погрузочно-доставочной машины (ПДМ) разбивается на характерные участки по принципу "изменяющихся" факторов, т. е. границами одного участка считается операция (промежуток времени), в течение которой количество факторов было неизменно. Переход с одного участка на другой происходит скачкообразно с добавлением или удалением одного или нескольких факторов. По такому принципу весь рабочий цикл ПДМ можно разбить на три операции, включающие в себя 10 элементов цикла (табл. 2. 1).

Таблица 2.1

Структура рабочего цикла ПДМ

Операция Факторы, определяющие силовую составляющую режима нагружения привода

1. Черпание: - первоначальное внедрение - частичный вырыв - заглубление - полный вырыв Вид и состояние покрытия почвы, уклон, физико-механические свойства и гранулометрические состав горной массы, геометрические параметры развала, конструктивные особенности машины и энергетические показатели передающих узлов

2.Транспортирование и маневры: -ускоренно-замедленное, равномерное движение с грузом - то же, порожняком Масса груза, вид и состояние покрытия почвы, уклон, динамические показатели передающих узлов

3. Разгрузка: - подъем стрелы - опрокидывание ковша - подъем ковша - опускание стрелы Масса груза, массы металлоконструкций стрелы и ковша масса груза, физико-механические свойства и гранулометрический состав горной массы, массы металлоконструкций стрелы и ковша Массы металлоконструкций стрелы и ковша Массы металлоконструкций стрелы и ковша

При исследовании силовой составляющей нагрузочного режима дизеля считаем целесообразным остановиться только на рассмотрении статического режима, так как:

1. Доля переходных процессов при движении ПДМ с грузом и порожняком не превышает 10-15% от всего времени движения. Динамическая составляющая усилия в эти периоды в одном случае будет являться дополнительным сопротивлением (при разгоне), в другом - дополнительной движущей силой (при торможении). Таким образом, принимая, что величина ускорения при разгоне равна величине замедления при торможении, можно рассматривать процесс движения ПДМ как статический.

2. Исследования скоростных режимов черпания, выполненные С. С. Музгиным, доказывают, что изменение скоростей перемещения ковша в развале в пределах 0,2 - 0,8 м/с практически не оказывают влияния

на сопротивление внедрению. Например, при увеличении скорости перемещения ковша в 4 раза усилия внедрения изменяются на 2-3 %. Этот вывод согласуется с данными А. Н. Зеленина, который показал, что даже при разработке пластичных материалов (грунты) усилия резания при скоростях 0,3 - 1,0 м/с не зависят от скорости перемещения исполнительного органа.

3. В работах этих же авторов приведены данные, что при обычных скоростях внедрения ковша ПДМ в развал динамическая составляющая не превышает 2 - 5% от общего усилия и в расчет не принимается.

Таким образом, статические сопротивления, действующие со стороны окружающей среды на протяжении рабочего цикла ПДМ, определяют минимально необходимый крутящий момент на валу дизеля, развиваемый для их преодоления, и тем самым определяют нижнюю границу возможных усилий. Следовательно, нагрузочная кривая в общем виде выражается функциональной зависимостью ^№сопр = /(х), где суммарное статическое сопротивление, которое должен преодолеть привод машины [84], х - перемещение элемента машины, участвующего во всех видах движения, м.

Для каждого рассматриваемого участка (элемента) составляется уравнение силового баланса

^тг ~~ 2 ^Копр/ ' 1)

где ¥т - необходимая сила тяги дизеля, без учета диссипативных потерь внутри машины на (-том элементе операции, Н; 2ЖСОПр / - суммарная сила сопротивлений на 1-том элементе, Н. Особое внимание при построении нагрузочной кривой уделяется операциям черпания и разгрузки ковша, так как движение с грузом и порожняком достаточно полно исследовано и не вызывает затруднений при математическом описании этих операций с помощью классической теории движения автомобиля.

2.2. Исследование силовой составляющей нагрузочного режима привода

по элементам технологического цикла

2.2.1. Черпание

Процесс черпания у ПДМ можно разделить на три последовательные операции: внедрение ковша, запрокидывание ковша без поступательного движения ПДМ (вырыв) и поднятие в транспортное положение (на высоту 300ч-400 мм от уровня почвы) (рис. 2. 1).

1 2

Рис. 2.1. Траектория движения режущей кромки ковша при черпании. 1-2 - первоначальное внедрение, 2-3 - частичный вырыв, 3-4 — заглубление, 4-5 - вырыв.

Совокупность этих операций характеризует процесс черпания как раздельный способ. В дальнейшем будет рассматриваться только этот способ, так как он имеет самое широкое распространение.

Внедрение

Уравнение баланса сил в период внедрения имеет вид

ХцгсЯР=^0±Щ+Жт, (2.2)

где Ж0 - основное сопротивление движению, Н; Щ - сопротивление вызванное уклоном, Н; Жвн - сопротивление внедрению ковша, Н. В данном случае из рассмотрения опускается сила сопротивления воздуха, которая обычно учитывается при составлении уравнения баланса для автомобилей общего назначения, ввиду малых скоростей движения самоходных погрузочно-доставочных машин (не более 15 км/ч).

В выражении (2. 2) наибольший интерес для изучения представляет последнее слагаемое. Описывающие его выражения получены чисто эмпирическим путем и требуют уточнения. Остальные слагаемые с достаточной точностью определяются по известным методикам, разработанным для карьерных автосамосвалов и автомобилей общего назначения.

В зависимости от соотношения с^/В, где (1сР - средний размер куска, а В-ширина ковша ПДМ, имеют место три основных вида черпания горной массы рабочими органами погрузочных машин [66]:

I - черпание мелкокусковой горной массы (ёср/В < 0,05);

II - черпание крупнокусковой горной массы (с1ср/В = 0,05 0,50);

III - погрузка штучного камня при (с1ср/В > 0,50).

Все подземные самоходные погрузочно-доставочные машины осуществляют черпание только крупнокусковой горной массы, поэтому в дальнейшем будет рассматриваться именно этот (II) вид черпания.

Зависимости, полученные для определения показателей процесса черпания на основе теории сыпучих сред, дают в данном случае существенные погрешности [66], а зависимости, полученные на основе обработки опытных данных, как правило, адекватно отражают силовое взаимодействие ковша с горной массой только для тех условий, в которых проводились эксперименты. Поэтому

использование эмпирических зависимостей допустимо при условии их адаптации для конкретных условий эксплуатации.

Для определения горизонтальной составляющей реактивной силы на

зубьях ковша со стороны развала горной массы при черпании крупнокусковой

с

горной массы погрузочными машинами, а также строительными или карьерными экскаваторами различными исследователями предложены следующие формулы:

1)Н. В. Тихонова [93]:

Р8В-Ьвн А-

К

вн

Кк-Ка

2) О. П. Иванова [66]:

Ген = т- рв- В

3) А. А. Соловьева [66]:

+ 0,148-

В-Щф)

0,065-

+ 15-^

2,5

90 + <р V 2

4) Г. В. Родионова [78]:

Рен =а-В- Ц}Н1,25 -Кк - К^-Кф-т ;

5) Я. Б. Кальницкого [45]:

(] 6 р

6) С. С. Музгина [66]:

У ар

где Ь - толщина стружки, м; В - ширина ковша, м; Ьвн - глубина внедрения ковша, м;

Рз - усилие внедрения, отнесенное к единице площади днища ковша, внедренного на глубину Ьвн, кГ/м ; Кф - коэффициент формы ковша;

Кк - коэффициент, учитывающий кусковатость горной массы; рв - усилие внедрения, приходящиеся на единицу ширины ковша, кГ/м; q - вместимость ковша, м3; Кн - коэффициент наполнения ковша; Ф - угол естественного откоса штабеля, град.; К - содержание в горной массе кусков более 200 мм, дол. ед.; ш - коэффициент, учитывающий расположение кромки ковша относительно уровня почвы;

ц - коэффициент трения горной породы о металл;

у, ун - объемный вес горной массы, соответственно в целике, разрыхленной, Н/м3;

V - коэффициент, зависящий от угла наклона плоскости погрузочного органа и угла наклона поверхности штабеля;

f - коэффициент крепости породы ( по М. М. Протодьяконову); а - коэффициент, определяемый объемным весом и свойствами горной породы (удельное усилие);

Кь - коэффициент, учитывающий высоту штабеля;

Н - высота штабеля, м;

Ьщ - длина штабеля, м;

а - угол откоса штабеля, град.;

ар - угол внедрения активного канта, град.;

с1Ср - средний диаметр куска горной массы, м.

Во всех этих формулах имеются составляющие, такие, как удельные значения сопротивления копанию и внедрению, угол естественного откоса и т. п., требующие экспериментального определения.

Формула, предложенная С. С. Музгиным, учитывает основные горнотехнические факторы. Все её компоненты могут быть определены однозначно и с достаточной точностью в зависимости от условий эксплуатации и типа ПДМ. Кроме того, сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований с расчетными данными показывает их хорошую сходимость [66]. Поэтому

в дальнейшем при рассмотрении баланса сил для определения горизонтальной составляющей реактивной силы на зубьях ковша со стороны развала руды при черпании ПДМ будем пользоваться формулой и методикой С. С. Музгина, в соответствии с которыми усилие внедрения, Н

Рвн=В-К0-Ьпвн--^--уКф-Ктр^ё(р-т^§р, (2.3)

кр

где В - ширина ковша, м; Ко - глубина напряженной зоны, (Ко ~Ьвн), м; Ьт - глубина внедрения ковша, м; у - объемный вес горной массы в целике

НУм ; Кр -

коэффициент разрыхления; у - коэффициент, учитывающий степень снижения усилий внедрения ковша в развал рядовой горной массы по отношению к сортированной; Кф - коэффициент, учитывающий влияние на стенок ковша и вида режущей кромки; Ктр - коэффициент, характеризующий влияние на Рвн, траектории черпания; ср - угол естественного откоса штабеля, град.; т - коэффициент, учитывающий расположение кромки ковша относительно уровня почвы; ^р - коэффициент внутреннего трения; п - характеризует влияние на процесс внедрения ковша условий его заполнения.

На основе современного подхода к оценке кусковатости величину у определяют через содержание р (в долях единицы) фракций со средними размерами кусков меньше с1.ср горной массы: V = 1 - с- р.

Для крупнокусковой горной массы (¿4/8 = 0,05 ч- 0,50) рекомендуется принимать с=0,4,тогда V = 1 -0,4-р.

Величина Кф определяется из выражения

Кф-Ккр-К6с-Ка, (2.4)

где Ккр - коэффициент, характеризующий влияние вида режущей кромки на усилие его внедрения в развал; Кбс - коэффициент, учитывающий влияние боковых стенок ковша на Рвн\ Ка - коэффициент, учитывающий влияние угла наклона боковых стенок ковша на Рвн,

Ка =1 + 7,5-10"3 [а - 45° +(5ч- 7°)), (2. 5)

где а - угол наклона боковых стенок ковша относительно его передней стенки, град.

В развернутом виде зависимость усилия внедрения имеет вид

Рт=В-- 0,4р 1ккр ■ Кбс{1 + 7,5 • Ш\а - 45' + (5 + Г )))К, -т-Щср- Щр ,(2.6)

кр

Из выражения (2. 6) можно условно выделить две группы показателей: конструкционные Кк, определяемые типом ПДМ (В, Ккр, К&, Ка); горнотехнические зависящие от физико-механических свойств и гранулометрического состава горной массы (у, Кр, <р, Щр), которые можно представить в следующем виде:

Кк=В-Ккр ■Кбс • [1 + 7,5 • 10~3 - {а - 45° + (5 4- 7)) , (2.7)

= (2.8)

Рвн=КкЦГОгКтт. (2.9)

Процесс внедрения, в свою очередь, можно представить состоящим из двух полупериодов: первоначального внедрения и заглубления [79]. На участке первоначального внедрения кромка днища ковша соприкасается с почвой выработки. При таком положении ковша угол наклона днища с почвой выработки составляет 5 - 8° и зависит от высоты подвески ковша на стреле относительно почвы и длины днища ковша. Схема действия сил на участке первоначального внедрения представлена на (рис. 2. 2).

Максимальная сила тяги по условию сцепления колес с дорогой, кН

^.шахЧ^ 'СО5/3~Яшв)'У/с, (2. 10)

где См - сцепной вес машины, кН; Яшв - вертикальная реакция штабеля на ковш,

кН. По рекомендациям П. А. Корлякова и В. Я. Левина она рассчитывается как Д^ = (0,28 + 0,01- аоп) • Рен, где адн - угол наклона днища ковша к почве выработки, град.; у/с- коэффициент сцепления колес с почвой выработки.

В развернутом виде уравнение силового баланса для участка первоначального внедрения принимает вид

[Ом * сое/?-(0,28+0,01-адн)- к]• у/с = Ом • со*/3±Ом ■ , (2. 11)

где в левой части выражения - максимальное тяговое усилие, а в правой - суммарное основное сопротивление при внедрении. Для определения внешней нагрузочной характеристики на участке первоначального внедрения необходимо знать пределы изменения глубины внедрения ковша, так как при детерминированном подходе значения остальных показателей определяются конструкционными параметрами машины и условиями эксплуатации. С учетом конструкционных параметров ПДМ, определяемых её типоразмером, вида и состояния дорожного покрытия, а также эксплуатационных особенностей работы, которые приводят к увеличению или ослаблению максимальной тяговой способности машины, нами получена зависимость (2. 12) для определения максимальной глубины первоначального внедрения

т

п.вн. шах

и+1

• | со*/3-у/с- %оо'+ ^п Р

и_ V_' _У /о 10Ч

\[l + (p,2% + 0fi\■aдн)■¥c\Kк■Gt■Kmp■m, где значение показателя т соответствует высоте внедрения ковша И = 0, а

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Попович, Алексей Евгеньевич

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы и рекомендации:

1. Для оптимизации нагрузочного режима дизеля по критерию энергопотребления разработан метод, в основу которого положено исследование силовой статической составляющей нагрузочного режима и доказано, что динамическая составляющая усилий в периоды черпания, разгрузки ковша, движения не оказывает существенного влияния на энергоемкость процесса.

2. Для учета всех основных факторов, воздействующих на привод машины в течение технологического цикла, при исследовании режимных параметров использован кусочно-интегральный детерминированный подход, который позволил в формализованном виде описать изменение суммарных сопротивлений по элементарным технологическим операциям ПДМ, в результате чего достигнуто, наибольшее соответствие реальному процессу.

3. Для построения расчетной интегральной математической модели рабочего процесса ПДМ теоретическим и экспериментальным путем определены функциональные зависимости потребных усилий на узлах внешних и внутренних возмущений от перемещения машины, позволяющие компьютеризировать сложнейшие силовые расчеты. для определения теоретическим путем глубины внедрения ковша ПДМ в развал горной массы определены зависимости, которые учитывают конструктивные и эксплуатационные факторы ранее не учитываемые.

5. Проведенные экспериментальные исследования показывают, что с достоверностью не менее 95%, можно рассматривать положение центра тяжести руды в ковше при разгрузки неизменным в пределах угла поворота ковша 0-75 градусов.

6. Разработана расчетная интегральная математическая модель рабочего процесса погрузочно-доставочной машины, основанная на статическом силовом нагружении привода в зависимости от внешних и внутренних факторов, учитывающая возможные направления прохождения потока мощности от привода к узлам внешних и внутренних возмущений.

7. В результате нового подхода к моделированию режима совместной работы дизеля с гидротрансфоматором, основанном на итерационном методе определения параметров совместной работы решена задача выбора скоростного режима дизеля по известному значению потребного момента на турбинном колесе ГТ.

8. Установлено, что минимизация энергетических показателей технологического цикла ПДМ достигается выбором оптимальных угловых скоростей вала дизеля по каждой элементарной технологической операции.

9. Диапазон оптимальных угловых скоростей дизеля для периодов внедрения и движения находится в пределах 1600 - 1900 мин"1, для периодов вырыва, подъема стрелы и поворота ковша - в пределах 800 - 1000 мин"1 (увеличение угловой скорости дизеля свыше 1000 мин"1 приводит к чрезмерному увеличению расхода топлива при незначительном увеличении скорости поступательного движения штока цилиндра).

10. Наибольшее влияние из внешних факторов (условий окружающей среды, непосредственно контактирующих с ПДМ в ходе её работы) на энергоемкость погрузочно-транспортного процесса оказывают физико-механические свойства, гранулометрические состав горной массы и тип дорожного покрытия транспортной выработки. В этой связи могут быть рекомендованы количественные показатели указанных факторов, при которых достигается максимальный экономический эффект за период погрузочно-транспортного цикла: средняя кусковатость горной массы 250 - 350 мм, вид дорожного покрытия - гравийное и грунтовое выровненное укатанное.

11. Процесс внедрения ковша в развал горной массы целесообразно осуществлять при касании режущей кромки ковша почвы выработки (h=0), так как при внедрении ковша на высоте 15 - 20 см от почвы (h^G) энергоемкость внедрения увеличивается в среднем на 33-40% при сокращении глубины внедрения на 25-30%.

12. Наиболее тяжелыми по энергопотреблению являются такие элементы цикла, как подъем стрелы для разгрузки ковша и опускание после разгрузки. Результаты численного моделирования показывают, что сокращение угла поворота стрелы на 1 градус позволяет уменьшить расход топлива на 0,5% для типичных условий эксплуатации рудника «Северный» ГМК «Печенганикель». Отказ от операций подъема и опускания стрелы для этих же условий сокращает расход топлива на 26%.

13. На основе выполненных исследований считаем целесообразным создание каталога адаптированных программ под эксплуатируемый парк ПДМ, что позволит прогнозировать экономические показатели работы машин в изменяющихся условиях эксплуатации, выполнять оперативное управление парком с учетом их технически обоснованных энергетических показателей.

14. Оптимизация режимных параметров дизельных приводов по критерию энергопотребления достигается за счет регламентации угловых скоростей дизеля, что позволяет составить паспорт рабочих скоростей для конкретных условий эксплуатации, контроль за выполнением которого осуществляется по бортовым приборам ПДМ (спидометрам, тахометрам). Это дает возможность опираться не на субъективное мнение оператора по выбору рабочей скорости, а рекомендовать скорость, максимально эффективную для данных условий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Попович, Алексей Евгеньевич, 1998 год

Литература

1. Автоматизированное проектирование машиностроительного гидропривода /И. И. Бажин, Ю. Г. Беренгард, М. М. Гайгори и др. -М.: Машиностроение, 1988.-312 с.

2. Автомобильные и транспортные двигатели / Под ред. И. М. Ленина. - М.: "Высшая школа", 1976.

3. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. -280 с.

4. Айрапетян Л. Г., Юхимов Я. И. Применение погрузочно-доставочных машин и автосамосвалов на зарубежных подземных рудниках. - Черная металлургия, 1987, №13, с. 31-47.

5. Алибаев М. М. Совершенствование шахтных погрузочных машин. - Горный журнал, 1986, №11, с. 38-39.

6. Анкудинов Д. Т. Селективная регестрация усилий взаимодействия пневмоколесного движителя шахтных самоходных машин с горной дорогой. Машины и оборудование для горных работ. Реферативный сборник. М., НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1977, с 11-14.

7. Анкудинов Д. Т. Шахтные пневмоколесные самоходные машины. М., Недра,

1984, 255 с.

8. Артамонов М. Д., Иларионов В. А., Морин М. М. Основы теории и конструкции автомобиля. Учебник для техникумов. Изд. 2-е, перераб., М., "Машиностроение", 1974, 188с.

9. Астров В.А, Ковицкий В. И., Кутенев В.Ф. Качество дорожного полотна и эксплуатационные свойства АТС. // Автомобильная промышленность. -

1985. -N10- с. 16-17.

10. Афанасьев В. Л., Хачатуров А. А. Статистические характеристики микропрофиля автомобильных дорог и колебания автомобиля.// Автомобильная промышленность. -1966. - N12 - с.23-27.

11. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Статистические методы планирования и обработки экспериментов. - М.: МХТИ, 1972. - 151с.

12. Байконуров О. А., Филимонов А. Т. Комплексная механизация очистных работ при подземной разработке рудных месторождений. Алма-Ата, Наука КазССР, 1978.

13. Батраков О. Г., Усань В. П., Крючковский А. И., Ткаченко В. А. Оценка ровности покрытий карьерных автодорог. // Автомобильная промышленность. -1984. - N8 - с.32-33.

14; Бать М. И. и др. Теоретическая механика в примерах и задачах: Учебное пособие для втузов. В 3-х т. Т.1. Статика и кинематика - 9-е изд., перераб. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990.- ISBN 5-02-01 4450-9.

15. Биденко А. В. Исследование условий эффективной эксплуатации большегрузных автосамосвалов на угольных разрезах.: Автореф. дисс. ...канд. тех. наук. -М.: 1980. -15 с.

16. Борисов И. В., Фандиков Т. П., Богомолов C.B. К вопросу контроля эксплуатационного состояния технологических автодорогУ/Проблемы открытой добычи угля в Кузбассе. - Кемерово 1990. - с.61-67.

17. Бруслин Д. О., Зорохович А. Е., Хвостов В. С. Электрические машины. - М.: Высшая щкола, 1979.

18. Брюховецкий О. С. Основы гидравлики. /М. «Недра», 1991.

19. Васильев А. П., Сиденко В. И. Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного движения. -М.: Транспорт, 1990. - 303 с.

20. Васильев М. В., Сироткин 3. Л., Смирнов В. П. Автомобильный транспорт карьеров. -М.: Недра, 1973. - 280 с.

21. Васильев М. В., Смирнов В. П., Горшков Э. В. и др. Результаты испытаний дизель-электрического автосамосвала БелАЗ-7521 // Горный журнал. 1982. №11. - с. 42.

22. Васильев М. В., Смирнов В. П., Котяшев А. А. Влияние динамичности карьерных автосамосвалов на продолжительность транспортного цикла // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1971. №6. - с. 91-95.

23. Васильев М. В., Смирнов В. П., Котяшев А. А. Оптимизация технологических режимов движения карьерных автосамосвалов большой грузоподъемности // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1974. ЛЫ. - с. 63-69.

24. Вознесенский В. А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. М., «Статистика», 1974.

25. Вознесенский В. А. Статистические решения в технологических задачах. Кишинев, «Картя молдовеняске», 1968.

26. Галкин В. А. Технологические основы проектирования и планирования грузопотоков на рудных карьерах с автомобильным транспортом./ Автореф. дисс. ...докт. техн. наук. Магнитогорск.: -1987.

27. Гальгер Г. Основы метода конечных элементов. М.: Мир,-1984 - 380 с.

28. Гальперин В. Г., Юхимов Я. И., Степанов В. М. Зарубежные автосамосвалы для подземных горных работ. - Цветная металлургия, 1982, №21, с. 12-15.

29. Гидромеханические передачи шахтных самоходных машин в СССР и за рубежом /Горное оборудование /НИИинформтяжмаш/Москва, 1978.

30. Гилелес Л. X. Исследование скоростных качеств и топливной экономичности автомобилей-самосвалов. Автореферат дис. ... канд. техн. наук. Минск, 1974.

31. Горшков Э. В. Обоснование рациональных параметров технологического автотранспорта при повышенных уклонах карьерных автодорог / Автореф. дисс. ...канд. тех. наук. - Свердловск.: 1984.

32. ГОСТ 27883-88.Средства измерения и управления технологическими процессами. Надежность. -М.: Издательство стандартов. -1988.

33. Григоръянц Э. А., Инфантьев А. Н., Чугай М. И. Проведение горных выработок с применением самоходного оборудования. - М.: Недра, 1990. -270с

34. Григоръянц Э. А., Липовой А. И., Блюм Е. А., Чернецов В. А. Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт самоходного оборудования на подземных рудниках. М., Недра, 1986.

35. Двигатели внутреннего сгорания //Под ред. В. Н. Лукина. - М.: Высшая школа. 1985.

36. Динамическая нагруженностъ погрузочно-транспортной машины ПД-8Б / Семенченко А. К, Игнатов В. И., Шабаев О. Е. И др.//Горн, журнал -1991.,№1 - с. 13-15

37. Домбровский М. Г., Панкратов С. А. Землеройные машины. М., 1961. 652 с.

38. Дьяков И.Ф. Влияние микропрофиля дорог на повреждаемость конструкций. //Автомобильная промышленность. -1980. N6 - с. 18-19.

39. Зырянов Н. В., Зырянов И. В. Исследование скоростных режимов движения карьерных автосамосвалов в различных дорожных условиях // Цветная металлургия -1994, №2, с.24 - 26.

40. Инструкция по безопасному применению самоходного (нерельсового) оборудования в подземных условиях. М., Недра, 1973.

41. Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту ПДМ TORO-400DS: фимрма ARA Ltd. -1990.

42. Казарез А. Н., Ванчукевич В. Ф. и др. Опыт эксплуатации автосамосвалов БелАЗ на горнорудных предприятиях./Цветметинформация.: 1987. - 57с.

43. Казарез А. Н., Кулешов А. А. Эксплуатация карьерных автосамосвалов с электромеханической трансмиссией. -М.: Недра, 1988. - 264 с.

44. Калабин Г.В., Шабалов В. М. Пути повышения экологичности карьерного автотранспорта // Безопасность труда в промышленности. 1991. №5. С. 66-68.

45. Кстьницкий Я. Б. Основы коренного совершенствования и создания рационального ряда шахтных погрузочных машин. Автореф. дис. ... докт. техн. наук. Л. ,1962. 44 с.

46. Кстьницкий Я. Б., Филимлнов А.Т. Самоходное погрузочное и доставочное оборудование на подземных рудниках. М., Недра, 1980.

47. Ковшовые погрузочно-транспортные машины / П. А. Корляков, Г. С. Кордюков, Ю. Н. Павлов и др. М., Недра, 1980.

48. Колесников Е. Ф., Дронов А. И. О рациональной конструкции рабочего оборудования погрузочно-транспортных машин среднего класса/ - Горный журнал.-1993. -№12. -с. 39-41.

49. Коломийцов М. Д., Маховиков Б.С. Методы определения ресурса горной техники // Зап. СППГИ, -1993 - с. 84-93.

50. Красиков В. С., Трофимов О. Ф. Возмущающее воздействие микропрофиля дорог, как параметр усталостного повреждения автомобильных конструкций. // Сб. Вопросы расчета, конструирования и исследований автомобиля. Вып. 2. -М. : Машиностроение. 1975 - с.235-247.

51. Ксендзов В. Н., Островерхое Н. Л.,Стукачев В. Н. Прогнозирование нагруженности и надежности трансмиссий машин/ Под ред. О. В. Берестнева. -Мн.: Наука и техника, 1987.

52. Кулаев Ю. М., Литвинов Ю. П., Ибраев Т. С., Бегляров М. А. Развитие и перспективы технической оснащенности подземных рудников самоходным оборудованием./ - Горный журнал.-1993. -№11. -с. 40-44.

53. Кулешов А. А. Мощные экскаваторно-автомобильные комплексы карьеров. -М.: Недра, 1980. - 317с.

54. Кулешов А. А., Плютов Ю. А. Карьерный автотранспорт на современном этапе развития: Монография / КИЦМ. Красноярск, 1994. - 88 с.

55. Кулешов А. А., Серебренников О. Д. Результаты исследования топливной экономичности автосамосвалов БелАЗ-549 на карьерах цветной металлургии // Цветная металлургия. 1981. №18.

56. Липовой А. И. Ковшовые погрузочно-транспортные машины на подземных рудниках. -М.: Недра, 1988. -200с.

57. Литвинов В. С., Фаробин Я. Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. - М.: Машиностроение. 1989.- 240 с.

58. Лурье М. И. Выбор мощности двигателя и параметров трансмиссии грузовых автомобилей и автопоездов общего назначения. - Труды НАМИ, М., 1968, вып. 96, с. 42-59.

59. Лурье М. И., Таубер Ю. Г. О выборе рациональной мощности двигателя легкового автомобиля в зависимости от условий эксплуатации. Автомобильная промышленность, 1975, № 3, с. 9-11.

60. Лурье М. И., Токарев А. А. Скоростные качества и топливная экономичность автомобиля. М., Машиностроение, 1967.

61. Маховиков Б. С. Турбомашины и гидродинамические передачи: Учебное пособие. СПГГИ(ТУ), СПб., 1992.

62. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов РДМУ 109-77. / Методические указания. / М., Издательство стандартов, 1978.

63. Методика расчета вредных выбросов промышленного и железнодорожного транспорта. СПб. 1996.

64. Миронов Е. И. Показатели использования самоходного оборудования на рудниках цветной металлургии./- Цветная металлургия. 1979.,№5. с.21-26.

65. Митропольский А. К. Элементы математической статистики/ Учебное пособие - Ленинград, 1969.

66. Музгин С. С. Погрузка руды самоходными машинами. - Алма-Ата : Наука, 1984.-224 с.

67. Невзглядов В. Г. Теоретическая механика. -М.: Физматгиз.-!959.-584 с.

68. Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешностей измерений. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд. -1991. - 304 с.

69. Основенко Н. В. Исследование влияния основных внешних параметров двигателя на тягово-скоростные качества автомобиля. - Автореферат дис. ... канд. техн. наук. Киев, 1971.

70. Островцев А. Н, Трофимов О. Ф., Красиков B.C. Принципы классификации микропрофиля дорог с учетом повреждающего воздействия их на конструкции автомобиля //Автомобильная промышленность. - 1979. - N1. -с. 8-10

71. Плютов Ю. Л. Исследование нагрузочных режимов электромеханической трансмиссии и оптимизации мощности первичного двигателя автосамосвалов в условиях Севера./ Автореф. дис. ...канд. тех. наук. - Л.: ЛГИ. 1985.

72. Погрузочные машины для сыпучих и кусковых материалов /К. С. Гурков, Я. Б. Калъницкий, А. Д. Костылев и др. М., Машгиз, 1962.

73. Прошин Ю. М., Трофимов И. М., Дроздов В. С. Эффективность самоходного оборудования на подземных рудниках цветной металлургии. - Горный журнал, 1995, №2, с. 53 - 55

74. Прутчиков O.K. Эксплуатационные требования к плавности хода автомобилей. //Автомобильная промышленность. -1965. N2 с.30-33

75. Райпов И. Я. Испытание двигателей внутреннего сгорания. - М.: Высшая школа, 1975.

76. Расчет и конструирование горных транспортных машин и комплексов. Под общ. ред. И Г. Штокмана / И. Г. Штокман, П. М. Кондрахин, В. Н. Маценко и др. М., Недра, 1975.

77. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник / В. И. Мяченков, В. П. Мальцев, В. П. Майборода и др. : - Машиностроение, 1989.-520 с.

78. Родионов Г. В. Экспериментальное и теоретическое исследование породопогрузочных машин периодического действия. . Автореф. дис. ... докт. техн. наук. М., 1958. 42 с.

79. Рожков Г. А. К вопросу взаимодействия ковша погрузочно-транспортной машины со штабелем горной массы / Сборник научных трудов. Выпуск 16./ Свердловск, 1980.

80. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. - М.: Машиностроение. - 1972. - 390 с.

81. Рывкин А. А. и др. Справочник по математике. Изд. 3-е. М., «Высшая школа», 1975 г.

82. Семенченко А. К. Научные основы многокритериального синтеза горных машин как пространственных многомассовых динамических систем переменной структуры./Автореф. дисс. ...док. тех. наук.-Донецк. 1997.

83. Семенченко А. К. Основы теории и синтеза горных машин как пространственных многомассовых динамических систем // Новые технологии добычи полезных ископаемых (горные машины): Международный симпозиум по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства. - СПб., 1993. - С. 69-74.

84. Семенченко А. К., Игнатов В. И., Викторовский В. Л., Хомичук В.И. Математическая модель погрузочно- транспортной машины типа ПД-8 как пространственной многомассовой динамической системы/ - Изв. вузов. Горный журнал. -1994. -№3. -с. 15-19.

85. Совершенствование самоходного оборудования на Джезказганском горнометаллургическом комбинате /А. А. Шерстнев, В. В. Опря, В. Н. Жеребцов и др. - Цветная металлургия, 1986, №2, с. 20-21.

86. Сперанский Г. И. Самоходные транспортные машины некоторых зарубежных фирмУ-Цветная металлургия. 1993.,№4. с.29-36.

87. Спиваковский А. О. Рудничный транспорт. М., 1958. 592 с.

88. Стукачев В. H., Ксендзов В. Н. Прогнозирование и проектирование большегрузных самосвалов / Под ред. Я. Е. Фаробина. - Мн.: Навука i тэхшка, 1991.-152 с.

89. Тарасов П. И. Исследование влияния горнотехнических факторов на расход топлива карьерного автотранспорта./ Авореф. дис. ...канд. тех. наук. -Свердловск: 1983.

90. Тарасов П. И., Горшков Э. В. Исследование расхода топлива карьерными автосамосвалами по элементам транспортного цикла./ Труды МЧМ СССР. -Свердловск: 1980.- Вып. 62.

91. Тарасов П. И., Горшков Э. В. О топливной экономичности автосамосвалов БелАз-549 //Промышленный транспорт. №3. 1982.

92. Тихонов Н. В. Транспортные машины и комплексы горнорудных предприятий. М., 1975. 288 с.

93. Тихонов Н. В., Рысев Г. С. Шахтные погрузочно-транспортные машины. М., Недра, 1976.

94. Токарев А. А. Методика комплексного экспериментального исследования тягово-скоростных свойств и топливной экономичности. Дмитров, 1976. 76

с

95. Фаронов В. В. Турбо Паскаль (в 3-х книгах). Книга 1. Основы Турбо Паскаля.-М.: Учебно-инжененрный центр «МВТУ-ФЕСТОДИДАКТИК», 1992.

96. Филимонов А. Т., Инкелес Е. Д. Ремонт самоходного оборудования на подземных рудниках. М., Недра, 1979.

97. Филимончик И. И. Нагрузочный режим и долговечность автомобильных трансмиссий: Дис. ... канд. техн. наук. Мн., 1978. 198 с.

98. Фомичев В. И. Вентиляция тоннелей и подземных сооружений. Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1991 - 200 с.

99. Шахтные самоходные вагоны. / В. А. Бреннер, А. В. Бауман, С. К. Кожаханов и др. М., Недра, 1972.

100. Шахтные самоходные вагоны. Конструкция, теория и расчет. Под ред. Г. К. Кущанова / А. М. Белоусов, В. И. Буровик, Г. Р. Вейнгардт и др. М., Машиностроение, 1975.

101. Шевченко А. И., Дмитриченко С. С. Особенности учета неровности пути при оценке нагруженности несущих систем автомобилей и других машинУ/Автомобильная промышленность. -1968. -N5 с. 27-28.

102. Шенк X. Теория инженерного эксперимента - М.: Высшая школа,1985.- 381 с.

103. Шупляков В. С. Колебания и нагруженностъ трансмиссии автомобиля. М., Транспорт, 1974.

104. Щупов А. М. Совершенствование методов нормирования расхода топлива для транспортных средств угольных разрезов./ Автореф. дисс. ...канд. эконом, наук. - Челябинск: 1986.

105. Эксплуатация и ремонт крупногабаритных шин / Э. С. Скорняков, Э. Н. Кваша, А. А. Хоменя, В. П. Бойков - М.: Химия, 1991. -128 с.